Die glinstering van goud heeft altijd onze ogen gevangen, maar nu heeft het edelmetaal een nieuwe toepassing:het vinden van defecten in 3D-printen.

Vanderbilt-onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld om goud daadwerkelijk in 3D-geprinte onderdelen te laten 'schijnen' om eventuele problemen te markeren.

"Dit is een van de eerste toepassingen waarbij goud wordt gebruikt voor het detecteren van defecten. We kunnen defecten inspecteren en detecteren die niet zichtbaar zijn voor het blote oog, gebruikmakend van de optische eigenschappen van ingebedde gouden nanodeeltjes, " zei Cole Brubaker, student civiele techniek, en hoofdauteur van de studie. "Dat is een zeer cruciale stap - kunnen zeggen 'We hebben een defect. Het is hier.'"

Het onderzoeksteam gebruikte superkleine deeltjes goud, die eigenlijk verschijnen als een diepe kastanjebruine kleur. De nanodeeltjes zijn ongeveer 100, 000 keer dunner dan een mensenhaar, maar ze zouden een groot probleem in de productie kunnen oplossen.

"3-D-geprinte materialen komen steeds vaker voor in ons dagelijks leven, van consumptiegoederen en producten tot zelfs demonstraties van 3D-geprinte auto's en huizen, " zei Kane Jennings, voorzitter en hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering, en co-auteur van het papier. "Maar er kunnen problemen optreden bij de verwerking van 3D-geprinte materialen. Kleine defecten of ontbrekende printlagen kunnen optreden. Deze defecten kunnen de structurele integriteit van de 3D-geprinte producten aantasten en verzwakken, mislukking veroorzaken."

Onderzoekers besloten om goud in het afdrukmateriaal in te bedden om te zien of het die defecten kon helpen markeren.

"Het is vergelijkbaar met het goud in je ring, maar het heeft zeer unieke optische eigenschappen die na verloop van tijd niet verslechteren, ' zei Brubaker.

Het innovatieve proces omvat het mengen van de gouden nanodeeltjes met een opgelost plastic polymeer, verspreiden door het medium. Als het droogt en hard wordt, het plastic wordt geëxtrudeerd of geperst tot gouden nanodeeltjes gevulde polymeerfilamenten, of dunne buizen, die vervolgens in standaard 3D-printers kunnen worden gebruikt.

Nadat een onderdeel is afgedrukt, het gaat in een speciale UV-Vis-spectrofotometer om te inspecteren op defecten.

"We gebruiken de absorptie-eigenschappen van de ingebedde gouden nanodeeltjes, "Zei Brubaker. "Je scant gewoon licht over het oppervlak van het monster en ziet waar de absorptie binnenin afneemt, signalering van een defect in dat materiaal. Een defect kan worden gevonden met één enkele niet-destructieve meting. Het is erg snel. Het duurt slechts een kwestie van seconden. We hoeven niet te vertrouwen op grote detectiesystemen met sensoren die over het hele onderdeel zijn geplaatst."

Het interdisciplinaire team bestond uit onderzoekers van de afdelingen civiele techniek en milieutechniek, chemische en biomoleculaire techniek en chemie, samen met hulp van een student die studeert aan de Fisk University in Nashville. Het onderzoek werd gefinancierd door het Amerikaanse Office of Naval Research. Er zijn patenten aangevraagd op de technologie en de onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in ACS toegepaste nanomaterialen .

"Er zijn enorme mogelijkheden voor wat we kunnen doen met deze technologie, " Zei Jennings. "We hebben aangetoond dat de 3D-geprinte onderdelen zelfrapportage kunnen zijn. Ze melden zelf defecten. We kijken nu naar de mogelijkheid om nog meer te doen met deze slimme materialen."

"Wat me echt enthousiast maakt, is het brede scala aan toepassingen waarvoor we deze technologie kunnen gebruiken, "zei Brubaker. "We hebben net de oppervlakte bekrast."